基于HEVC的帧内编码单元快速选择算法设计与研究

发布时间：2019-07-25 13:24

【摘要】：近年来多媒体技术迅猛发展,语音、图像和视频比先前有了更多和更高的需求。对于视频数据来说,网络中视频的数据量在猛增。现在人们对于视频的需求朝向高清视频的方向发展,并且现在市场上已经出现了4K电视等。随着高清及超高清的视频内容的出现,联合视频专家组(JCT-VC)在2013年提出了新一代视频编码标准HEVC(High Efficiency Video Coding)。其灵活的编码结构及许多新技术使其与H.264/AVC编码标准相比,实现了高性能编码,即在相同的条件下,它可以节省一半的编码比特数。HEVC采用四叉树编码块划分结构,帧内预测方向由H.264/AVC最多的9种增加到35种,并采用了四层深度。在每一层编码单元深度,35种方向均需要经过粗选择(RMD)过程,来预先选取更可能的预测方向。此过程之后进行率失真优化过程,即很耗时的流程,来选择最佳的预测方向。因此,HEVC编码算法具有较高的复杂度,对实时编码提出了更高的要求。近年来,针对上述问题,出现了很多的HEVC算法优化方案,以减少计算复杂度。起初大部分的优化方案借鉴H.264/AVC中的模式选择优化等方面的方案来进行HEVC多种模式选择的相关优化,在一定程度上优化效果比较明显。后来有人开始提出粗选择或者增加最有可能模式进一步对帧内预测编码流程优化与改进。随后又提出关于变换单元尺寸选择、残差编码树变换等优化。近两年较多的学者开始研究编码单元快速划分的优化方案,然而这些方案仍有不足,如空间相关性研究不够充分,只是简单利用编码单元之间具有的空间相关性对进行了优化,因此仍然有改进的空间。本论文在不影响编码性能的基础上提出了基于HEVC帧内编码新的编码单元尺寸选择算法。由于相邻编码单元之间具有相似的性质,并且当前单元的信息需要周围的信息进行相应的预测,因此当前编码单元尺寸的分布情况与相邻编码单元尺寸分布情况存在一定的关系。通过对标准视频序列的分析,本文定义了编码单元之间的相关距离,通过计算相邻编码单元的相关距离来表示编码单元空间相关的程度。通过使用该方法,可以跳过或截断一些编码单元的深度来实现编码时间减少更好的效果。实验结果表明,论文提出的基于空间相关性的HEVC帧内编码快速算法与HEVC软件参考模型(HM)12.0相比,平均编码时间可节省33%,而且峰值信噪比(PSNR)仅降低0.02dB并且比特率(Bitrate)几乎没有改变;与文献[11]提出的缩小深度方案相比,平均编码时间节省了12%,峰值信噪比仅降低0.01dB,同时比特率几乎没有发生改变。因此本算法可以加快编码单元划分速度,使HEVC编码器进一步实现实时编码。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN919.81

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本文编号：2519112